Σχεδιασμός και κατασκευή προσομοιωτή οσμών για ιατροδικαστικές εφαρμογές

Abstract

The chemical environment in the debris of collapsed buildings is extremely complex. Various sources emitting Volatile Organic Compounds (VOCs) and gases, such as entrapped victims, dead bodies, household wastes, construction materials, fires, gas leaks, contribute to it. Concentrations of VOCs in the debris are usually in the area of ppt to ppb level and potentially can increase to ppm level after hours/days of entrapment. The chemical environment in the debris is affected by a number of random, non-reproducible and uncontrollable factors, such as the emission dynamics of VOCs and gases from the various sources, the wind velocity, the temperature, the humidity and dust, the interactions between the emitted chemicals or interactions of the emitted chemicals with the construction materials and the indoor air quality as well as the urban pollution.The technical challenge in developing an Odour Simulator which can provide such atmospheres is to minimize the interactions between the analytes and the apparatus which contains them. As vapor phase concentrations reduce, these interactions become more significant. Competitive absorption phenomena, temperature effects, gas-phase mixing all combine to introduce significant uncertainty and non-reproducibility in the simulator.The release of a plume of volatile organic compounds from the surface of a collapsed building will not be a continuous and stable process but rather a dynamic process. This is due to a number of factors. First of all the emission process from a certain source might have a dynamic profile. For example, a source might emit substances not continuously but with a periodicity and/or with variable intensity. Other factors that contribute to a dynamic concentration profile could be the wind velocity which affects the motion of the plume, the rubbles structure (e.g. accumulation in confined spaces) or the interactions of the plume with the construction material (e.g. absorbance, reaction).The general conclusions of the PhD thesis are summarized in the following:•The Odour Simulator shows quite distinctive responses against the experimental conditions that were tested. This is clear both for single compounds of interest as well as for synthetic mixtures•The duration of the odor generation was as long as 26 min•The relative standard deviation of the odor signal in the reference detector was approximately 11%•A method was established for producing near real synthetic odor samples for human decay and urine•A minimum impact of the construction material on the generated odor was observed•Water phase and ammonia had a low impact on the vapor generation•The Analysis of Variance determined the factors (Odor Simulator parameters) that have a significant effect in the produced concentration and can, thus, be further elaborated for optimization of the system

Το χημικό περιβάλλον στα ερείπια ενός κτιρίου που έχει καταρρεύσει είναι ιδιαίτερα σύνθετο. Οι πηγές που μπορούν να συνεισφέρουν στην εκπομπή πτητικών οργανικών ενώσεων είναι πολλές και διαφορετικές, όπως άνθρωποι που έχουν εγκλωβιστεί, νεκρά σώματα, οικιακά απορρίμματα, δομικά υλικά, πυρκαγιές, άλλες διαρροές αερίων όπως το φυσικό αέριο κλπ. Οι συγκεντρώσεις των ενώσεων αυτών είναι συνήθως στην περιοχή των ppt ή ppb και μπορεί δυνητικά να φθάσουν και σε επίπεδα μερικών ppm μετά από ώρες/ημέρες εγκλωβισμού. Το χημικό αυτό περιβάλλον επηρεάζεται από αρκετούς τυχαίους, μη επαναλήψιμους και μη ελεγχόμενους παράγοντες όπως η ταχύτητα του ανέμου, η θερμοκρασία, η υγρασία, τα αιωρούμενα σωματίδια (σκόνη στην ατμόσφαιρα), όπως επίσης και από αλληλεπιδράσεις τόσο μεταξύ των παραγόμενων ουσιών ή άλλων ουσιών του περιβάλλοντος (πχ. αέριους ρυπαντές) όσο και μεταξύ των παραγόμενων ουσιών και των δομικών υλικών του χώρου εγκλωβισμού. H τεχνική πρόκληση στην ανάπτυξη του προσομοιωτή οσμών ήταν η ελαχιστοποίηση των αλληλεπιδράσεων των αναλυτών και της συσκευής. Καθώς μειώνονται οι συγκεντρώσεις της αέριας φάσης, οι αλληλεπιδράσεις αυτές γίνονται όλο και σημαντικότερες. Φαινόμενα προσρόφησης αλλά και η επίδραση της θερμοκρασίας και υγρασίας προσδίδουν μεγάλη αβεβαιότητα στην παραγωγή αερίων μιγμάτων.Η αποδέσμευση ενός «νέφους» πτητικών οργανικών ενώσεων από την επιφάνεια των ερειπίων ενός κτιρίου που έχει καταρρεύσει δεν θεωρείται συνεχής αλλά δυναμική διεργασία. Αυτό μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι πολλές πηγές δεν έχουν συνεχή και σταθερή παραγωγή ουσιών. Αντίθετα, η εκπομπή τους μπορεί να χαρακτηρίζεται από περιοδικότητα με αντίστοιχη μεταβολή στη συγκέντρωση. Η ταχύτητα του ανέμου, η δομή των ερειπίων, η αλληλεπίδραση των παραγόμενων ουσιών με τα δομικά υλικά είναι παράγοντες που συνδράμουν στο δυναμικό προφίλ συγκεντρώσεων των ουσιών.Τα κυριότερα συμπεράσματα που προέκυψαν στα πλαίσια της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής συνοψίζονται παρακάτω.•Η σχετική τυπική απόκλιση στο σήμα της οσμής στον ανιχνευτή αναφοράς έδειξε σταθερότητα της τάξης του 11%•Αναπτύχθηκε μέθοδος για την παραγωγή συνθετικών οσμών ανθρώπινης αποσύνθεσης και ούρων. •Παρατηρήθηκε μια μικρή επίδραση των δομικών υλικών στις παραγόμενες οσμές από τον προσομοιωτή πιθανότατα λόγω φυσικοχημικών δράσεων.•Μικρή επίδραση της υγρής φάσης και της αμμωνίας παρατηρήθηκε στην παραγόμενη οσμή.•Η ανάλυση διακύμανσης στις ανεξάρτητες μεταβλητές και στα επίπεδα που αυτές εξετάστηκαν έδωσαν συγκεκριμένους παράγοντες (είτε τις ίδιες τις μεταβλητές είτε συνδυασμούς αυτών) που επηρεάζουν σημαντικά την ένταση του σήματος του ανιχνευτή (και άρα την παραγόμενη συγκέντρωση) ή την τυπική του απόκλιση (και άρα τη σταθερότητα της συγκέντρωσης). Η εστίαση στους παράγοντες αυτούς δείχνει την κατεύθυνση προς την οποία χρειάζεται περαιτέρω έρευνα για την βελτιστοποίηση του προσομοιωτή οσμών.